DE19731202A1 - Materialtablette sowie Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffverbundkörpers - Google Patents

Materialtablette sowie Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffverbundkörpers

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DE19731202A1
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    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
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    • B29C45/46—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould
    • B29C45/462—Injection of preformed charges of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffverbundkörpers, insbesondere eines elektrischen Bauelements mit einer elektrischen Schaltung und mit einem die Schaltung umgebenden duroplastischen Kunststoffgehäuse, das die folgenden Schritte aufweist:
  • - Vorsehen einer Preßform,
  • - Einsetzung der Schaltung in eine Kavität der Preßform,
  • - Einsetzen von duroplastischem Material in einen Angußbereich der Preßform,
  • - Eindrücken des duroplastischen Materials in die Kavität, bis die Schaltung von Material umhüllt ist.
Bei den bekannten Gußverfahren zum Herstellen von elek­ tronischen Bauelementen und Bauteilen wie beispielsweise bei Halbleiterbauelementen wird häufig die sogenannte Transfer­ preßtechnik angewandt. Hierzu wird eine Spritzgießform bereitgestellt, die auf einer hohen Temperatur gehalten wird.
Bei dem im Stand der Technik bekannten Verfahren ist von Nachteil, daß in einem Angußbereich der Spritzgießform häufig große Mengen von Preßmaterial verbleiben, das nach dem Aus formen des eigentlichen Kunststoffverbundkörpers aus der Preßform als Abfall entsorgt werden muß. Dabei fallen hohe Kosten an, weil viel Preßmaterial verbraucht wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereit zustellen, mit dem kostengünstig Kunststoffverbundkörper hergestellt werden können.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß nach dem Schritt des Einsetzens von Preßmaterial in die Preßform der Schritt des Einsetzens wenigstens eines duroplastischem bzw. thermoplastischem Sekundärmaterials in die Kavität der Preßform erfolgt.
Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, daß der Transferprozeß so geführt wird, daß im wesentlichen nur die Schaltung bzw. das Halbleiterbauelement mit hochwertiger Preßmasse umhüllt ist und daß der Angußbereich der Preßform mit einem minderwertigen Material gefüllt wird. Dabei soll vorzugsweise das Preßmaterial vor dem Sekundärmaterial aufschmelzen und in die Kavität gepreßt werden. Zu einem späteren Zeitpunkt schmilzt das Sekundärmaterial auf und drückt das noch im Angußbereich befindliche Material in die Kavität. Durch Nachpressen kann für die benötigte Verdichtung im Bereich der Kavität gesorgt werden.
Die Erfindung geht ausdrücklich einen Weg, der sich von den im Stand der Technik bekannten Wegen unterscheidet. Dort wurde versucht, durch eine möglichst kleine Ausführung des Angußbereichs einer Preßform sicherzustellen, daß nur wenig Preßmaterial im Angußbereich verbleibt. Aus verfahrens­ technischen Gründen kann der Angußbereich jedoch nicht beliebig klein dimensioniert werden. Gemäß einer der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis wird bei immer kleiner werdenden Chipgehäusen der Anteil der benötigten Preßmasse für die eigentliche Chipumhüllung zum erzeugten Abfall in dem Angußbereich einer Preßform immer größer. Bei Preßformen des Standes der Technik beträgt das Verhältnis zwischen eigentlicher Chipumhüllung und Abfall circa 1 : 1.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren bleibt am Ende des Umhüllungsvorgangs der Schaltung eine Trennung zwischen hochwertiger Preßmasse, nämlich der Transferpreßmasse in dem die Schaltung umgebenden Kunststoffgehäuse, und der minder­ wertigen Sekundär-Transferpreßmasse im Angußbereich der Preßform erhalten. Hochwertige, hochgefüllte Epoxid­ harzpreßmasse mit insbesondere geringer Feuchteaufnahme, geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, gutem Fließverhalten, geringem Restchlorgehalt, geringer Alpha- Strahlungsemission usw. umhüllt das Halbleiterbauelement. Minderwertige Sekundär-Preßmasse mit z. B. Recyclatmaterial, gegebenenfalls mit kleinen Resten der hochwertigen Preßmasse verbleibt im Angußbereich der Preßform, der auch "Cull" genannt wird.
Vorzugsweise erfolgt der Schritt des Einsetzens des Sekundärmaterials in die Kavität der Preßform vor dem Schritt des Eindrückens des duroplastischen Preßmaterials in die Preßform, wobei dies vorzugsweise so erfolgen kann, daß dabei gleich das Sekundärmaterial mit in die Preßform eingedrückt wird. Besonders vorteilhaft ist es dann, wenn das duroplastische Preßmaterial durch die Einwirkung des insbesondere duroplastischen oder thermoplastischen Sekundärmaterials in die Kavität in in Flußrichtung vor der Kavität vorgesehene Angußkanäle gedrückt wird, weil dann eine gute Trennung zwischen Sekundärmaterial und Preßmaterial erreicht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhafterweise gemäß einer Spritzgußtechnik und insbesondere gemäß einem Transferprozeß der Transferpreßtechnik ausgeführt, wobei dieser wenigstens teilweise unter Erwärmung des Preßmaterials und/oder des Sekundärmaterials erfolgt.
Das Preßmaterial gemäß der Erfindung kann eine hochgefüllte, hoch reaktive Epoxidharzmasse oder allgemein eine Harzmasse wie z. B. Epoxid, Melamin, Phenol etc. aufweisen. Demgegenüber kann das Sekundärmaterial neben einer hochgefüllten, hoch reaktiven Epoxidharzmasse oder alternativ dazu mineralgefülltes Epoxidharzrecyclat oder auch andere Materialien wie thermoplastische Kunststoffe aufweisen. Dabei sind sowohl das Preßmaterial als auch das Sekundärmaterial insbesondere hinsichtlich ihres Fließverhaltens zueinander abzustimmen. Dazu unterscheidet sich das Preßmaterial von dem Sekundärmaterial insbesondere hinsichtlich der folgenden Merkmale:
  • - Wertigkeit des Materials (hochwertig, teuer/minderwertig, billig) und/oder
  • - Aufschmelzverhalten bzw. Reaktionszeit und/oder
  • - Viskosität in kaltem oder in erwärmtem Zustand und/oder
  • - chemischer Aufbau und/oder
  • - Gelier- und Härtezeit und/oder
  • - Aushärtungstemperatur und/oder
  • - Verglasungstemperatur.
Besonders vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt, indem für das Sekundärmaterial Recyclingmaterial aus früheren Pressungen verwendet wird.
Dabei ist das Preßmaterial vorzugsweise ein hochgefülltes Epoxidharz auf Novolack- bzw. Biphenylbasis, dem ca. 60%-90% sphärisches SiO2 beigemengt ist.
Sowohl das Preßmaterial als auch das Sekundärmaterial können als kalt zu Epoxidharzpulver verpreßte Materialtabletten bereitgestellt werden. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, das Preßmaterial und/oder das Sekundärmaterial jeweils in einer einzigen Materialtablette bereitzustellen. Solche Materialtabletten haben den Vorteil, bei einem automatisierten Fertigungsprozeß einfach und unkompliziert handhabbar zu sein. Dabei ist insbesondere vorgesehen, daß das Preßmaterial und/oder das Sekundärmaterial in wenigstens zwei separaten Schichten angeordnet sind, die an einer Grenzschicht aneinander angrenzen. Eine solche Materialtablette für die Transferpreßtechnik kann insbesondere zwei oder mehrere Schichten innerhalb einer Tablette bzw. zwei oder mehrere einzelne Tabletten je Verarbeitungszyklus und jeweils einzeln verarbeitet aufweisen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren mit der erfindungsgemäßen Materialtablette lassen sich die Materialkosten bei der Umhüllung von elektrischen Bauelementen und Bauteilen in hohem Maße senken, ohne die bisherige Transferpreßtechnologie wesentlich zu verändern. Durch die Aufteilung der erfindungsgemäßen Materialtablette in zwei oder mehrere Materialien und Sekundärmaterialien ergeben sich die folgenden Vorteile:
  • - Reduktion der Materialkosten in der Halbleitertechnik beim Transferpreßverfahren.
  • - Die Einführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigt keine Änderung der vorhandenen Technologie.
  • - Die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist innerhalb kurzer Zeit realisierbar.
  • - Das erfindungsgemäße Verfahren bedarf nur geringer Investitionen.
Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen eine Transferpreßform bei jeweils einem Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt eine Transferpreßform 1, die im Querschnitt dargestellt ist. Die Transferpreßform 1 weist ein Duroplastwerkzeugoberteil 2 sowie ein Duroplastwerkzeug­ unterteil 3 auf. Im Inneren der Transferpreßform 1 sind zwei zueinander symmetrische Kavitäten 4 vorgesehen, wie am besten in Fig. 1 zu sehen ist. Die Kavitäten 4 stehen über eine Plungeraufnahme 5 mit zylindrischer Form sowie über sich zwischen den Kavitäten 4 und der Plungeraufnahme 5 erstreckenden Angußkanäle 6 mit der Außenseite der Transferpreßform 1 in Verbindung. In den Kavitäten 4 sind zwei identische elektrische Schaltungen 7 eingesetzt. Die elektrische Schaltung 7 gliedert sich in einen Chip 8 sowie in ein Lead-Frame 9.
Fig. 2 zeigt die Transferpreßform aus Fig. 1, wobei in dem in Fig. 2 gezeigten Zustand eine Materialtablette 10 so in die Plungeraufnahme 5 eingesetzt ist, daß diese an der Unterseite der Plungeraufnahme 5 aufliegt. Auf die Materialtablette 10 ist eine Sekundärmaterialtablette 11 aufgesetzt. Sowohl die Materialtablette 10 als auch die Sekundärmaterialtablette 11 sind scheibenförmig ausgeführt. Schließlich ist noch ein Plunger 12 in die Plungeraufnahme 5 eingesetzt, der mit einer durch eine nicht gezeigte hydraulische oder elektro-mechanische Presse erzeugten Kraft beaufschlagbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei erwärmt er Transferpreßform 1 ausgeführt. Nach dem Einlegen der elektrischen Schaltung 7 in die Trennebene zwischen Duroplastwerkzeugoberteil 2 und Duroplastwerkzeugunterteil 3 wird die Transferpreßform 1 geschlossen, wie in Fig. 1 dargestellt ist.
Nach dem Einführen der Materialtablette 10 und der Sekundärmaterialtablette 11 in die Plungeraufnahme 5 fährt der Plunger 12 je nach Maschinenhersteller von oben oder von unten in die Plungeraufnahme 5 ein, bis er auf der Sekundärmaterialtablette 11 aufliegt. Dieser Verfahrensschritt ist in Fig. 2 dargestellt.
Wie in Fig. 3 dargestellt ist, schmilzt die Materialtablette 10 durch die Wärme der Transferpreßform 1 auf. Daraufhin wird das Material der Materialtablette 10 durch den Druck des Plungers 12 in die Angußkanäle 6 und in die Kavität 4 gepreßt, wie in Fig. 3 dargestellt ist.
Zu einem späteren Zeitpunkt schmilzt die Sekundärmaterial­ tablette 11 auf und verdrängt durch den Druck des Plungers 12 das noch in den Angußkanälen 6 verbliebene Material der Materialtablette 10. Sowohl das Material der Materialtablette 10 als auch das Material der Sekundärmaterialtablette 11 härten unter Druck und Temperatur aus. Dabei umhüllt das Material der Materialtablette 10 im wesentlichen nur die elektrische Schaltung 7, während das Material der Sekundär­ materialtablette 11 die in den Angußkanälen 6 und in dem unteren Bereich der Plungeraufnahme 5 verbleibende sogenannte Angußspinne ausbildet.

Claims (21)

1. Verfahren zum Herstellen eines Kunstoffverbundkörpers, insbesondere eines elektrischen Bauelements mit einer elektrischen Schaltung (7) und mit einem die Schaltung umgebenden duroplastischem Kunststoffgehäuse, das die folgenden Schritte aufweist:
  • - Vorsehen einer Preßform (1),
  • - Einsetzen der Schaltung (7) in eine Kavität (4) der Preßform (1),
  • - Einsetzen von duroplastischem Material (10) in einen Angußbereich (5) der Preßform (1),
  • - Eindrücken des duroplastischem Materials (10) in die Kavität (4), bis die Schaltung (7) von Preßmaterial (10) umhüllt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schritt des Einsetzens von Material (10) der Schritt des Einsetzens wenigstens eines Sekundärmaterials (11) in einen Angußbereich (5) der Preßform (1) erfolgt.
2. Verfahren zum Herstellen eines Kunstoffverbundkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einsetzens des Sekundärmaterials (11) vor dem Schritt des Eindrücken des duroplastischem Materials (10) in die Preßform (1) erfolgt.
3. Verfahren zum Herstellen eines Kunstoffverbundkörpers nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Eindrückens des duroplastischem Materials (10) in die Kavität (4) so erfolgt, daß dabei das Sekundärmaterial (11) mit in die Kavität (4) bzw. in in Flußrichtung vor der Kavität (4) vorgesehene Angußkanäle (6) gedrückt wird.
4. Verfahren zum Herstellen eines Kunstoffverbundkörpers nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das duroplastische Material (10) durch die Einwirkung des Sekundärmaterials (11) in die Kavität (4) bzw. in in Flußrichtung vor der Kavität (4) vorgesehene Angußkanäle (6) gedrückt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es gemäß einem Prozeß der Spritzgießtechnik durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es gemäß einem Transferprozeß der Transferpreßtechnik durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens teilweise unter Erwärmung des Materials (10) und/oder des Sekundärmaterials (11) durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das duroplastische Material wenigstens eine hochgefüllte, hochreaktive Epoxidharzmasse aufweist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärmaterial hochgefüllte, hochreaktive Harzmassen aufweist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärmaterial mineralgefülltes Harz aufweist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärmaterial Recyclat aufweist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (10) und/oder das Sekundärmaterial (11) in Materialtablettenform bereitgestellt werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material und/oder das Sekundärmaterial zusammen in einer Materialtablette bereitgestellt werden.
14. Materialtablette insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Materialtablette wenigstens zwei Schichten aufweist, von denen wenigstens eine erste Schicht wenigstens ein duroplastisches Material aufweist und von denen wenigstens eine zweite Schicht wenigstens ein Sekundärmaterial aufweist.
15. Materialtablette nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das duroplastische Material wenigstens eine hochgefüllte, hochreaktive Epoxidharzmasse aufweist.
16. Materialtablette nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärmaterial wenigstens eine hochgefüllte, hochreaktive Harzmasse aufweist.
17. Materialtablette nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärmaterial mineralgefülltes Harz aufweist.
18. Materialtablette nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärmaterial Recyclat aufweist.
19. Materialtablette nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärmaterial thermoplastischen Kunststoff aufweist.
20. Materialtablette nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (10) und/oder das Sekundärmaterial (11) in Materialtablettenform angeordnet sind.
21. Materialtablette nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (10) und/oder das Sekundärmaterial (11) in einer einzigen Materialtablette angeordnet sind.
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